Kỹ thuật in 3D là gì? Tổng quan ứng dụng của kỹ thuật in 3D?

Kỹ thuật in 3D là gì?

In 3D, hay còn gọi là sản xuất bồi đắp, là một quá trình đột phá sử dụng các thiết bị được hỗ trợ bởi máy tính (CAD) để tạo ra các vật thể ba chiều thông qua phương pháp xây dựng từng lớp vật liệu. Kỹ thuật tiên tiến này cho phép hiện thực hóa các mô hình kỹ thuật số ba chiều thành các vật thể vật lý hữu hình. Quá trình này diễn ra bằng cách phần mềm in 3D sẽ cắt nhỏ các tệp thiết kế 3D từ máy tính thành vô số các lớp 2D mỏng. Sau đó, máy in 3D sẽ tiến hành in từng lớp một, chồng các lớp này lên nhau một cách chính xác để tạo thành sản phẩm cuối cùng. Bản chất bồi đắp của công nghệ này hoàn toàn khác biệt so với các phương pháp sản xuất truyền thống thường dựa trên nguyên tắc cắt gọt hoặc đúc khuôn.

Công nghệ tạo mẫu nhanh, nền tảng cho ý tưởng in 3D, đã được Dr. Kodama phát minh vào năm 1980. Một cột mốc quan trọng khác là vào năm 1986, Charles Hull đã được cấp bằng sáng chế cho thiết bị tạo khối, đánh dấu sự công nhận chính thức của công nghệ in ba chiều. 

Chiếc máy in 3D đầu tiên ra đời vào năm 1988 với tên gọi SLA – 1, sử dụng công nghệ in lập thể (SLA). Tiếp theo đó, vào năm 1992, Stratasys đã được cấp bằng sáng chế cho công nghệ in FDM (Fused Deposition Modeling), một trong những công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay. Một bước tiến đáng chú ý khác là vào năm 1999, các thử nghiệm in 3D nội tạng đã được thực hiện, mở ra những tiềm năng to lớn trong lĩnh vực y tế. Năm 2009 đánh dấu một bước ngoặt quan trọng khi bằng sáng chế của công nghệ FDM hết hạn, tạo điều kiện cho nhiều công ty công nghệ ứng dụng rộng rãi công nghệ này. Sự kiện này đã thúc đẩy sự phát triển và phổ biến của in 3D trên toàn cầu.

Kỹ thuật in 3D là gì? Tổng quan ứng dụng của kỹ thuật in 3D? (Hình từ Internet)

Tổng quan ứng dụng của kỹ thuật in 3D?

Quy trình in 3D cơ bản bao gồm một số bước chính, bắt đầu từ việc tạo ra một mô hình kỹ thuật số ba chiều (CAD) trên máy tính. Mô hình này sau đó được chuyển đổi sang định dạng STL (stereolithography), một định dạng tệp tiêu chuẩn trong ngành tạo mẫu nhanh. Tệp STL này sẽ được "cắt" (slice) bởi một phần mềm chuyên dụng, chia mô hình thành hàng nghìn lớp 2D mỏng theo trục Z. Độ dày của các lớp này có thể thay đổi tùy thuộc vào công nghệ in 3D được sử dụng.  

Một bước quan trọng khác là xác định hướng đặt mô hình in. Hướng đặt này ảnh hưởng đến các đặc tính của sản phẩm cuối cùng, thời gian in và nhu cầu sử dụng vật liệu hỗ trợ. Sau khi các bước chuẩn bị hoàn tất, máy in 3D sẽ tiến hành xây dựng mô hình từng lớp một. Quá trình này sử dụng các kỹ thuật và vật liệu khác nhau như polyme, nhựa lỏng, giấy hoặc bột kim loại, tùy thuộc vào công nghệ in cụ thể. Cuối cùng, sau khi quá trình in hoàn thành, sản phẩm sẽ được làm sạch để loại bỏ các vật liệu hỗ trợ (nếu có) và có thể trải qua các bước hoàn thiện bề mặt như chà nhám hoặc phủ lớp bảo vệ để cải thiện tính thẩm mỹ.

Các công nghệ In 3D phổ biến

(1) FDM (Fused Deposition Modeling) / FFF (Fused Filament Fabrication)

FDM, còn được gọi là FFF, là một trong những công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay. Nguyên lý hoạt động của FDM dựa trên việc đun nóng vật liệu, thường là nhựa nhiệt dẻo dạng sợi, đến trạng thái nóng chảy. Sau đó, vật liệu nóng chảy này được đùn qua một đầu phun và xếp thành từng lớp mỏng trên bàn in để tạo ra hình dạng của vật thể. 

Một trong những ưu điểm lớn nhất của công nghệ FDM là chi phí đầu tư và vận hành thấp nhất so với các giải pháp in 3D khác. FDM cũng không kén các mô hình có kích thước lớn và các bộ phận của máy in FDM dễ dàng được thay thế và sửa chữa với chi phí phải chăng. Tuy nhiên, các sản phẩm được tạo thành từ công nghệ này thường không có bề mặt mịn và độ chính xác không cao bằng các công nghệ khác như SLA. FDM tương thích với nhiều loại polyme nhiệt dẻo như PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon và các vật liệu composite. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như tạo mẫu nhanh, sản xuất linh kiện, kiến trúc, y tế, hàng không vũ trụ, ô tô, giáo dục, trang trí và nghệ thuật. 

(2) SLA (Stereolithography)

SLA là một trong những kỹ thuật in 3D đầu tiên và vẫn là một công nghệ quan trọng, thuộc nhóm polymer hóa dạng bồn chứa. Nguyên lý cơ bản của SLA là sử dụng một tia laser UV để làm cứng nhựa lỏng quang hóa (resin) trong bồn chứa theo hình dạng của từng lớp cắt của vật thể. 

SLA được đánh giá cao về độ chính xác và độ mịn của sản phẩm, phù hợp với các mô hình phức tạp và yêu cầu tính thẩm mỹ cao. Công nghệ này thường được sử dụng trong các lĩnh vực như sản xuất khuôn mẫu, trang sức, nha khoa, y tế và tạo mẫu trực quan. Tuy nhiên, chi phí cho máy móc và vật liệu in SLA thường khá đắt đỏ, và quy trình vận hành có thể phức tạp hơn so với FDM. Một số nhược điểm khác của SLA bao gồm việc sản phẩm thường bị dính và cần được xử lý sau chế tạo, cũng như không tạo ra bất kỳ dạng nhựa nào có thể phân hủy sinh học. 

(3) SLS (Selective Laser Sintering)

SLS là một công nghệ in 3D sử dụng phương pháp thiêu kết laser chọn lọc, thuộc nhóm kết hợp giường bột. Trong quá trình này, một tia laser CO2 được sử dụng để đốt và hóa lỏng bột nhựa (hoặc bột kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp) tại các điểm theo mẫu thiết kế. Sau khi hóa lỏng, các điểm này sẽ tạo thành khối rắn, cho ra sản phẩm in có kết cấu phức tạp. 

Một ưu điểm lớn của SLS là khả năng in các sản phẩm có kết cấu phức tạp mà không cần vật liệu hỗ trợ, vì bột không tham gia vào tạo hình sẽ đóng vai trò nâng đỡ sản phẩm. Ngoài ra, phần bột không được thiêu kết có thể được thu hồi và tái sử dụng sau khi in. Tuy nhiên, quy trình in SLS thường tốn nhiều chi phí và cần đầu tư nhiều thiết bị hỗ trợ. SLS thường được sử dụng với các vật liệu như bột nhựa (nylon, polymer) và bột kim loại, và có nhiều ứng dụng trong tạo mẫu nhanh, sản xuất các bộ phận chịu nhiệt, chịu lực, có độ bền, cũng như trong y tế (chỉnh hình, phục hồi chức năng), hàng không và ô tô. 

(4) Các công nghệ In 3D khác

Ngoài ba công nghệ phổ biến trên, còn có nhiều công nghệ in 3D khác phục vụ các mục đích và vật liệu cụ thể. DLP (Digital Light Processing) tương tự như SLA nhưng sử dụng nguồn sáng khác, thường là đèn hồ quang hoặc máy chiếu DLP, giúp in nhanh hơn. SLM (Selective Laser Melting) cũng tương tự SLS nhưng sử dụng laser công suất lớn hơn để nóng chảy hoàn toàn bột kim loại, tạo ra sản phẩm có độ bền và độ mịn cao hơn. 

EBM (Electron Beam Melting) sử dụng chùm điện tử công suất lớn để nóng chảy bột kim loại trong môi trường chân không, thường được dùng cho các vật liệu như titan và các hợp kim đặc biệt. LOM (Laminated Object Manufacturing) là công nghệ cắt và dán các lớp vật liệu mỏng như giấy, nhựa hoặc kim loại để tạo hình vật thể. Binder Jetting (BJ) sử dụng vòi phun để phun chất kết dính lỏng lên bột vật liệu (kim loại, gốm, cát), sau đó vật liệu sẽ được làm cứng. Material Jetting (MJ) phun các giọt vật liệu (thường là nhựa photopolymer hoặc sáp) lên bàn in, tương tự như in phun 2D, cho phép tạo ra các sản phẩm có độ chi tiết cao và đa vật liệu. Cuối cùng, CLIP (Continuous Liquid Interface Production) là một công nghệ in liên tục từ nhựa lỏng, sử dụng ánh sáng UV và kiểm soát oxy để tạo ra sản phẩm nhanh chóng và chắc chắn. Sự đa dạng của các công nghệ in 3D này cho thấy một lĩnh vực chuyên biệt và không ngừng phát triển, với mỗi công nghệ đáp ứng các yêu cầu cụ thể về vật liệu, độ chính xác và ứng dụng.

Toàn bộ thông tin kỹ thuật in 3D là gì và tổng quan ứng dụng của kỹ thuật in 3D trên chỉ mang tính chất tham khảo.

Quy định hoạt động chế bản in gia công sau in cho tổ chức cá nhân nước ngoài như thế nào?

Căn cứ Điều 23 Nghị định 60/2014/NĐ-CP (sửa đổi bởi khoản 13 Điều 1 Nghị định 25/2018/NĐ-CP) thì hoạt động chế bản in gia công sau in cho tổ chức cá nhân nước ngoài quy định như sau:

- Khi trực tiếp nhận chế bản, in, gia công sau in cho tổ chức, cá nhân ở nước ngoài (không hiện diện tại Việt Nam), cơ sở in thực hiện theo quy định sau đây:

+ Người đứng đầu cơ sở in phải chịu trách nhiệm trước pháp luật về nội dung của sản phẩm in;

+ Chỉ nhận chế bản, in, gia công sau in loại sản phẩm in ghi trong giấy phép hoạt động in hoặc nội dung đã được xác nhận đăng ký hoạt động in;

+ Có hợp đồng với tổ chức, cá nhân đặt chế bản, in, gia công sau in. Trong hợp đồng phải thể hiện thông tin về tên, địa chỉ của tổ chức, cá nhân nước ngoài có sản phẩm đặt chế bản, in, gia công sau in; thông tin về tên, loại sản phẩm in, số lượng in, địa điểm sản xuất, thời gian xuất khẩu, tên cửa khẩu xuất khẩu, quốc gia nhập khẩu sản phẩm in và các thông tin khác có liên quan;

+ Cập nhật thông tin của sản phẩm nhận chế bản, in, gia công sau in vào “Sổ quản lý ấn phẩm nhận chế bản, in, gia công sau in”;

+ Trường hợp nhận chế bản, in, gia công sau in sản phẩm là báo, tạp chí, tờ rời, tờ gấp và các sản phẩm in khác có nội dung về chính trị, lịch sử, địa lý, tôn giáo, địa giới hành chính Việt Nam, chủ quyền quốc gia, cơ sở in phải có văn bản khai báo đầy đủ, chính xác thông tin về tên, địa chỉ của tổ chức, cá nhân nước ngoài đặt chế bản, in, gia công sau in; thông tin về tên, loại sản phẩm in, số lượng in, địa điểm sản xuất, cửa khẩu xuất khẩu sản phẩm in. Văn bản khai báo gửi qua dịch vụ công trực tuyến hoặc dịch vụ bưu chính, chuyển phát hoặc nộp trực tiếp đến cơ quan quản lý nhà nước về hoạt động in cấp tỉnh nơi cơ sở in thực hiện chế bản, in, gia công sau in chậm nhất 01 ngày sau khi có hợp đồng quy định tại điểm c khoản 1 Điều 23 Nghị định 60/2014/NĐ-CP;

+ Xuất khẩu 100% sản phẩm in ra nước ngoài.

- Khi nhận chế bản, in, gia công sau in cho tổ chức, cá nhân ở nước ngoài (không hiện diện tại Việt Nam) thông qua tổ chức, cá nhân trung gian tại Việt Nam, cơ sở in thực hiện theo quy định sau đây:

+ Tuân thủ quy định tại khoản 1 Điều 23 Nghị định 60/2014/NĐ-CP;

+ Yêu cầu tổ chức, cá nhân trung gian đặt chế bản, in, gia công sau in cung cấp hồ sơ hải quan thể hiện việc xuất khẩu 100% số lượng sản phẩm in để lưu giữ tại cơ sở in trong thời hạn 24 tháng, kể từ ngày xuất khẩu.

- Việc nhận chế bản, in, gia công cho tổ chức, cá nhân nước ngoài đang hoạt động tại Việt Nam phải tuân thủ quy định tại Nghị định này như đối với tổ chức, cá nhân Việt Nam.

- Tổ chức, cá nhân có hợp đồng in với cơ sở in chịu trách nhiệm về bản quyền của sản phẩm đặt in.

- Trường hợp có nhu cầu phát hành hoặc sử dụng sản phẩm in tại Việt Nam, cơ sở in hoặc tổ chức, cá nhân đặt chế bản, in, gia công sau in phải làm thủ tục nhập khẩu theo quy định của pháp luật.